SVC Light, poderoso instrumento para mejorar la calidad de la energía

Transcripción

1 SVC Ligh, poderoso insrumeno para mejorar la calidad de la energía limien las dimensiones del horno de arco elécrico insalado. Con el sisema SVC Ligh, las resricciones por caída de ensión y la demanda de poencia elécrica dejan de ser facores limiadores a la hora de planificar nuevas acerías. El primer proyeco SVC Ligh, para la fábrica de acero de ddeholm Tooling de Hagfors (Suecia), avanza a buen paso. La puesa en servicio esá previsa para finales de 1998 y la recepción endrá lugar oficialmene en enero de ABB ha desarrollado y comercializado una nueva ecnología, denominada SVC Ligh, que, combinada con el sisema de converidor de ensión VSC (Volage Source Converer) y los ransisores bipolares de puera aislada o GBT (nsulaed Gae Bipolar Transisor), consiuye un insrumeno único en su clase para mejorar la calidad de la energía en el rango de alas poencias. Acualmene se esá insalando esa nueva ecnología en una acería sueca, donde miigará las caídas de ensión provocadas por el uso de un gran horno de arco elécrico. L a aparición en el mercado de disposiivos semiconducores de mando coninuo, capaces de rabajar con alas poencias, ha hecho viables los converidores de fuene de ensión con ala dinámica para el rango de varias decenas de MVA. El nuevo concepo SVC Ligh, recienemene inroducido por ABB, combina la ecnología VSC e GBT (ransisor bipolar de puera aislada) para ofrecer unas opciones compleamene nuevas, que permien conrolar la calidad de la energía en ámbios que hasa ahora eran inaccesibles o sólo se podían conrolar parcialmene, como, por ejemplo, la miigación del parpadeo de la ensión provocado por grandes cargas indusriales alimenadas por redes de disribución débiles. Calidad de energía El riesgo para las compañías elécricas Durane la década de los novena, el problema de los parpadeos se ha agravado dramáicamene, sobre odo en aquellos países en los que se ha liberalizado el mercado de la energía elécrica. La calidad de la energía se ha converido en un argumeno imporane de cara al mercado. Las compañías, grandes o pequeñas, que ignoran las necesidades de sus clienes corren el riesgo de que esos se vayan a la compeencia. Esa siuación ha desperado el inerés por soluciones que puedan miigar los parpadeos y obener así una venaja frene a la compeencia. El puno de visa de las fábricas de acero A menudo, la poencia de corocircuio de la red elécrica y la poencia disponible imponen resricciones a la producción máxima que se puede esperar de las acerías de nueva consrucción. La pequeña inversión adicional en un sisema SVC Ligh se amoriza rápidamene gracias al aumeno de producividad que el sisema rae consigo. SVC Ligh no sólo esabiliza la ensión y garaniza la poencia necesaria sino que, además, miiga las caídas de ensión y por ano elimina el riesgo de resricciones por caídas de ensión que Bo Bijlenga Rolf Grünbaum Thomas Johansson ABB Power Sysems AB Expansión de las perurbaciones Para el fabricane de acero que uiliza chaarra como maeria prima, el horno de arco elécrico es un equipo an esencial como eficiene. Los propiearios de la red y los proveedores de energía, sin embargo, consideran a los exploadores de hornos elécricos no sólo como clienes, sino ambién, en casos exremos, como conaminadores de la red. n horno elécrico puede ser causa de grandes disorsiones en forma de flucuaciones de la ensión, de armónicos y de asimería de las fases. Además, la red iene que esar en disposición de ransporar poencia reaciva cuando el horno elécrico esá en funcionamieno, lo cual provoca pérdidas y perurbaciones en el ranspore de poencia aciva úil. Algo muy parecido puede decirse sobre oros ipos de cargas indusriales pesadas como los renes de laminado, los monacargas de minas y oras, que reciben de las redes de disribución la energía necesaria para su funcionamieno. Si no se raan adecuadamene, las perurbaciones provocadas por una carga indusrial cualquiera se expandirán por la red hasa las insalaciones próximas 1. Aforunadamene exisen medios para solucionar el problema de una calidad pobre o insuficiene de la energía proporcionada por las redes. no de esos medios una solución obvia es reforzar la red de poencia consruyendo nuevas líneas, insalando ransformadores nuevos y más poenes, o bien desplazando el puno de acoplamieno común a un nivel de ensión más alo. Esas medidas, sin embargo, son caras y su reali- Revisa ABB 6/

2 zación requiere mucho iempo, suponiendo que sean auorizadas. n méodo simple, sencillo y renable para mejorar la calidad de la energía es insalar equipos especiales muy cerca de la fuene o fuenes de las perurbaciones. SVC Ligh (SVC es la abreviación de Saic Var Compensaor) es un compensador esáico de poencia reaciva desarrollado especialmene para ese propósio. Ora venaja del sisema SVC Ligh reside en que aumena la renabilidad de los procesos. Eso aumena el aracivo de la inversión para el propieario de las insalaciones que causan los problemas, pues la inversión se hace renable después de un periodo limiado. Caídas de ensión n horno de arco elécrico es un gran consumidor de energía, ano aciva como reaciva. Además, el proceso físico que iene lugar en el horno (fundición elécrica) es irregular por nauraleza, pues uno o varios elecrodos producen arcos elécricos enre el horno y la chaarra. Por lo ano, el consumo de poencia reaciva flucúa de forma muy inensa 2. Por esa razón, la caída de ensión provocada por la poencia reaciva que fluye a ravés de las reacancias del circuio en los elecrodos, en los brazos de los elecrodos y en el ransformador del horno ambién flucúa de forma irregular. El resulado es una oscilación de la ensión, que se percibe claramene en el parpadeo de las lámparas incandescenes alimenadas por la red conaminada. El análisis especral confirma que el parpadeo de las lámparas, causado por el funcionamieno de los hornos elécricos, es más inenso para frecuencias inferiores a 20 Hz, a las que el ojo humano es especialmene sensible. Como se raa de una sensación muy molesa, el parpadeo se conviere rápidamene en moivo de quejas. La nión nernacional de Elecrocalor (E) y la Comisión Elecroécnica nernacional (CE) se han pueso de acuerdo para definir una magniud, llamada P s, que mida la inensidad del parpadeo. Según la definición, P s = 1 significa que, en un grupo de perso- nas expuesas al parpadeo, la miad de ellas podrá percibirlo. SVC Ligh SVC Ligh es un disposiivo para miigar el parpadeo que aaca el problema en su raíz, es decir, en el flujo irregular de poencia reaciva por la red de suminisro hasa el horno. El sisema resuelve el problema midiendo el consumo de poencia reaciva e inyecando en el sisema la correspondiene canidad de corriene, reduciendo así al mínimo absoluo el flujo oal de poencia reaciva. La consecuencia inmediaa es que ambién se minimiza el parpadeo de la ensión. Oras venajas imporanes del sisema son que el facor de poencia es alo y consane, independienemene de las flucuaciones de carga de los ciclos del horno, lo mismo que la ensión efeciva en los juegos de barras. Esas venajas se raducen en un aumeno de la producividad del horno y en una reducción de los coses de funcionamieno, ya que baja el consumo específico Las perurbaciones provocadas por las cargas indusriales se exienden por la red afecando a oras insalaciones. 1 Generaing source G G Main ransmission grid rban area Regional grid Local grid Rural sysem Heavy indusry 22 Revisa ABB 6/1998

3 P 80 MVAr conrolar cambiando el modelo de conexión. Los converidores de fuene de ensión por PWM se uilizan con gran frecuencia; incluso son dominanes en aplicaciones como la regulación de velocidad y de par en los moores de corriene alerna. Los converidores de fuene de ensión con PWM ienen muchas aplicaciones en la disribución y ranspore de elecricidad, por ejemplo como recificadores y onduladores en los sisemas CCAT, como compensadores de poencia reaciva, como acondicionadores de poencia y para conecar a la red fuenes de energía o cargas de disinos ipos s 8000 Consumo de poencia reaciva de un horno de arco elécrico P Poencia reaciva calculada del horno de arco Tiempo de energía y de elecrodos y se reduce el desgase de los revesimienos refracarios. Para equilibrar el consumo de poencia reaciva, que varía rápidamene, se necesia un disposiivo de compensación igual de rápido, que se consigue uilizando componenes elécricos avanzadísimos, basados en la ecnología GBT. Con la llegada de los disposiivos semiconducores, de mando coninuo y capaces de dominar poencias elevadas, se ha hecho posible aplicar los converidores de fuenes de ensión con grandes propiedades dinámicas para poencias de hasa varias decenas de MVA. En ese conexo, el VSC iene la función de proporcionar una fuene de ensión oalmene conrolable, que corresponde en fase y frecuencia a la ensión de las barras, con una ampliud conrolable de forma coninua y rápida. n VSC con esas caracerísicas puede uilizarse para conrolar la poencia reaciva 3. Al conrolar la ensión del VSC en función de la ensión de las barras, el VSC acúa como generador o absorbedor de poencia reaciva, dependiendo de la relación enre las ensiones. En paralelo con esa línea conrolada de poencia reaciva se ha conecado una baería de condensadores «range offse- ing» para hacer capaciiva la gama de regulación oal de SVC Ligh. La capacidad de conrol de los GBT ambién permie conecarles en serie disposiivos con una ensión asegurada, subdividida enre ellos. Eso hace posible conecar el SVC Ligh direcamene a ensiones de varias decenas de kv, eliminando así la necesidad de conecar los converidores en paralelo para alcanzar los niveles de poencia necesarios para la compensación de los hornos elécricos (normalmene varias decenas de MVA). Converidores de fuene de ensión La enrada del converidor de fuene de ensión esá conecada a un condensador que acúa como fuene de ensión de corriene coninua. El converidor proporciona a la salida una ensión de corriene alerna variable al conecar el polo posiivo o negaivo del condensador direcamene a cualquiera de las salidas del converidor. En los converidores con modulación de anchura de impulsos (PWM), normalmene se maniene consane el valor de enrada de la corriene coninua. La ensión de salida puede ser, por ejemplo, una ensión de corriene alerna sinusoidal, cuya ampliud, frecuencia y fase se pueden 2 VSC para compensar la poencia reaciva Si la salida de un VSC esá conecada a un sisema de corriene alerna por medio de una pequeña bobina de inducancia, el VSC es análogo a un generador síncrono sin masa roaoria. Al conrolar la ensión de salida del Converidor de fuene de ensión (VSC) uilizado para conrolar la poencia reaciva 2 > 1 : corriene capaciiva 2 < 1 : corriene induciva 1 2 X X Corriene Tensión de barras Tensión de VSC Tensión de la inducancia Reacancia X 1 2 VSC X > 1 2 < 1 X 3 Revisa ABB 6/

4 Main conroller GBT valve conrol uni VSC de manera que esé en fase con la ensión de la red, el converidor puede consumir o generar poencia reaciva. Eso se realiza conrolando la ampliud de la ensión de salida 3. Si la ensión de salida es mayor que la ensión de la red, el converidor generará poencia reaciva y acuará como un condensador de maniobra. Si la ensión de salida es menor que la ensión de la red, el converidor consumirá poencia reaciva y acuará como bobina de inducancia de maniobra. La poencia reaciva que se proporciona a la red se puede conrolar muy rápidamene; odo lo que se necesia es un ligero cambio en el modelo de conexión del converidor. El iempo de respuesa esá limiado principalmene por la frecuencia de conexión y por el amaño de la bobina de inducancia. En SVC Ligh, el VSC funciona con frecuencias de conmuación superiores a 1 khz. Con poencia reaciva máxima, la ensión de corriene alerna en la bobina de inducancia consiuye an sólo una pequeña fracción, normalmene el 15%, de la ensión oal de corriene alerna. Eso conviere a SVC Ligh en el insrumeno ideal para la compensación rápida de la poencia reaciva. Eso suscia la cuesión de por qué no esá generalizado el uso de converidores de fuene de ensión para la compensación esáica. Para responder a esa preguna hay que ener en cuena que el VSC uiliza disposiivos de poencia bloqueables, como los Fiber-opic links Fiber-opic links Fiber-opic links Power supply Gae uni Power supply Gae uni Power supply Gae uni La válvula GBT con varios GBT conecados en serie y conmuados al mismo iempo Volage divider Volage divider Volage divider GTO (Gae Turn Off Thyrisor) o los GBT, y que para conecar el VSC direcamene a un sisema de disribución de kv, es decir sin uilizar ransformador inermedio, es necesario un converidor de ala ensión que requiere conecar elemenos de poencia en serie. Además es necesario uilizar una frecuencia de conexión ala para manener en un bajo nivel los armónicos que se suminisran a la red y para garanizar una respuesa rápida por pare del compensador. La combinación de semiconducores de poencia bloqueables conecados en serie y con ala frecuencia de conexión nos coloca ane diversos reos de ipo écnico. Los inensos rabajos de invesigación y desarrollo de ABB Power Sysems han proporcionado soluciones avanzadas y eficaces para esos problemas. El GBT El GBT se ha revelado como el semiconducor de poencia más apropiado para SVC Ligh, ya que sus coros iempos de reraso de encendido/apagado permien conecarlo en serie sin problemas. Además, dado que iene unas bajas pérdidas de conmuación, puede ser uilizado con frecuencias de conmuación elevadas. Ora venaja es que no se necesian bobinas de inducancia para limiar la derivada di/d ni condensadores de circuio de proección. Por el conrario, el conrol 4 de los parámeros di/d y du/d se puede realizar por medio del mando de puera. Ya hay varios fabricanes que ofrecen disposiivos que combinan la capacidad de ala poencia y ala fiabilidad, las caracerísicas que hacen que el disposiivo sea adecuado para los converidores de ala poencia. El GBT es un ransisor bipolar con una puera MOS (Meal Oxide Semiconducor) a la que se aplica una ensión de mando posiiva o negaiva. Dado que el conrol del GBT necesia muy poca energía, esa se puede obener de la red principal. Eso resula muy venajoso para los converidores de ala ensión, en los que hay muchos disposiivos conecados en serie. En el SVC Ligh se uiliza un GBT Presspack. El GBT Presspack es un nuevo disposiivo que se ha desarrollado para saisfacer las exigencias de flexibilidad más esricas y que acualmene se uiliza en los renes de ala velocidad más modernos, en los que es muy imporane disponer de una elevada poencia y gran disponibilidad. El GBT Presspack esá alojado en una carcasa semejane a la de un irisor convencional de ala poencia. En la carcasa, los elemenos GBT y de diodo aniparalelo esán conecados en paralelo, con conacos de presión que proporcionan normalmene el conaco elécrico con el exerior. Ese ipo de disposiivo cuena con un modo de fallo de corocircuio muy úil en un converidor con disposiivos conecados en serie. Cualquier disposiivo que falle se comporará como un corocircuio. Dado que la redundancia es una caracerísica esándar de SVC Ligh, el fallo de uno de los componenes no endrá efecos sobre el converidor, que podrá coninuar operando a plena poencia. El fallo se maniene vigilado y se puede susiuir el componene defecuoso en el momeno más adecuado, en el que menos se rasorne la marcha del proceso. Los GBT de Hagfors, en Suecia, han sido dimensionados para unos valores nominales de 2,5 kv y A. La poencia de desconexión del componene es de 3,6 ka en modo de operación normal. En caso de corocircuio, el disposiivo limiará auomáicamene la corriene a menos de 10 ka. En ese caso, el corocircuio es deecado por el sis- 24 Revisa ABB 6/1998

5 ema de proección y el disposiivo se puede apagar de forma segura aplicando a la puera la señal denominada «sof urn off». Conexión en serie de los GBT Cuando se conecan en serie los GBT es muy imporane reparir correcamene la ensión. Es esencial que los disposiivos conecados en serie se enciendan/apaguen a la vez. En el SVC Ligh, las señales de encendido y de apagado se ransmien a cada uno de los GBT con un sisema de fibra ópica de gran ancho de banda. Los GBT disponen ambién de un ipo especial de puera que enciende y apaga el GBT con un ligero reardo y con du/d conrolada. Al apagado de una válvula GBT o de una válvula de diodo le sigue un pequeño cambio de la ensión enre las disinas posiciones del GBT. Esa diferencia se conrola por medio de un adecuado diseño de los divisores de ensión de resisencia y de capacidad 4. Además, odos los GBT ienen sus propios sisemas de vigilancia de la sobreensión para deecar las anomalías de comporamieno. Válvula de converidor El converidor de las insalaciones de Hagfors esá configurado en res niveles. En un converidor de res niveles, la salida de cada fase se puede conecar al polo posiivo, al puno medio o al polo negaivo del condensador. El lado de corriene coninua del converidor es floane, es decir, esá aislado del suelo. Con un mando con modulación de anchura de impulso y frecuencia de Hz, el converidor producirá una corriene de fase muy suave con bajo conenido de armónicos. La opología de res niveles ambién garaniza bajas pérdidas de conexión para conseguir que el converidor sea más eficiene y enga mayor capacidad de ranspore de corriene. El converidor de res niveles se uiliza en la denominada configuración de puno neuro NPC (Neural Poin Clamped) 5a, 5b. En esa configuración hay cuaro válvulas GBT y dos válvulas de diodo en cada ramal de fase. El condensador de corriene coninua esá dividido en ese caso en dos condensa- a Principio del converidor de res niveles (a) y configuración de converidor con conexión NPC, en puno neuro (b) (una fase) Tensión dores conecados en serie. Cada válvula GBT/diodo iene que soporar la ensión de bloqueo, que corresponde a la ensión que exise en uno de los condensadores. Las válvulas se han consruido apilando los disposiivos (con refrigeradores inerpuesos) y aplicando una presión exerna a la pila 6. Las válvulas GBT esán refrigeradas con agua desionizada. La refrigeración con agua permie diseñar un converidor muy compaco con gran capacidad de ranspore de corriene. Su compaca forma, además de ocu- b par poco espacio en plana, iene la venaja de que la inducancia de bucle enre las válvulas GBT y los condensadores de corriene coninua se puede manener en un nivel bajo, lo cual ayuda a reducir las pérdidas. Las válvulas de las insalaciones Hagfors esán diseñadas para corrienes permanenes de fase de aproximadamene A y para unos valores ransiorios de A (valores efecivos). El converidor de res niveles, los condensadores de acoplamieno de corriene coninua y una pequeña sala de conrol se sumi- Pilas GBT 6 5 Revisa ABB 6/

6 2.0 pu , ms x Medidas de respuesa escalón obenidas con un modelo analógico de SVC Ligh 7 Tensión en las barras del horno elécrico y forma de la corriene de salida de SVC Ligh 8 nensidad iempo Rojo Azul nensidad de SVC Ligh Tensión de las barras nisraron como una unidad ransporable a las insalaciones Hagfors. El sisema de refrigeración y los aparaos de acoplamieno inerior se ransporaron como unidad separada. El converidor de Hagfors esá conecado a un sisema de corriene alerna de 10,5 kv. ABB Power Sysems ambién suminisra sisemas SVC Ligh para conexión direca a corriene alerna de hasa 36 kv. Procedimieno de conrol para minimizar el reardo enre el muesreo de los parámeros de proceso medidos y el siguiene insane de conexión K Número de la muesra Verde Onda poradora Tiempo Rojo Reardo de cálculo Synchronizaion Process measuremens Fas regulaor Modulaor Swiching pulse generaor Valve conrol Drive unis Closed-loop regulaor k k+1 k+2 Regulaor 9 Amoriguación del parpadeo La gran experiencia de ABB Power Sysems en el campo de la miigación de parpadeos ha evidenciado que el éxio de esa misión depende esrechamene ano de la frecuencia de conmuación como del reardo enre el regisro de los valores medidos y la siguiene conexión, y, finalmene, de los algorimos de conrol aplicados. Los esudios asisidos por ordenador y las mediciones de la compensación de poencia reaciva de hornos elécricos proporcionan una buena idea de cómo opimizar la compensación del parpadeo. Para aplicar plenamene las esraegias de miigación que se han desarrollado se precisa un compensador de poencia reaciva que se pueda conrolar al menos 15 veces más deprisa de lo que permie la ecnología disponible (100 Hz). n rendimieno como ese sólo es posible con la ecnología VSC basada en los GBT. Como ejemplo del rendimieno que es posible alcanzar, la figura 7 presena las respuesas escalón desde cero hasa la salida máxima. El uso de los GBT permiirá conseguir respuesas escalón de menos de 1 ms. La medición de la figura 7 proviene de un modelo análogo de SVC Ligh. Se raa de una sección de un sisema mayor que incluye un modelo a escala reducida de un horno de arco elécrico y de un TCR (Thyrisor Conrolled Reacor). Ese sisema se puede uilizar para esudiar en iempo real el funciona- 26 Revisa ABB 6/1998

7 mieno del compensador en un sisema indusrial. El modelo ha sido muy úil durane el desarrollo ano del sofware como del hardware para los compensadores de parpadeo. La modulación de anchura de impulsos (PWM) permie aprovechar inegralmene la ecnología VSC. La frecuencia de conmuación iene que ser lo suficienemene ala como para miigar los parpadeos y, además, hay que saisfacer los requisios de pérdidas y armónicos. Para las insalaciones Hagfors se eligió un número de impulso de 33, correspondiene a una frecuencia de conmuación de Hz. El iempo enre dos conmuaciones consecuivas es, por lo ano, de sólo 303 µs. En la prácica se obiene un compensador capaz de conrolar de forma coninua la poencia reaciva. El impaco de la conmuación de las válvulas se reduce a unas anomalías despreciables en la corriene de salida del compensador 8. Ora de las condiciones para miigar de forma ópima el parpadeos es que el reardo enre el muesreo de los parámeros del proceso medido y la siguiene conmuación sea mínimo. n procedimieno esándar de conrol consise en sincronizar las mediciones de los parámeros procesuales con la conmuación del circuio principal, lo que en ese caso correspondería a un reardo de 303 µs. Sin embargo, los esudios han demosrado que una reducción aún mayor endría efecos posiivos sobre la miigación del parpadeo. El objeivo ha sido, por lo Valve conrol Main compuer CP/FP TDM PC PS 801 C&P ( fas ) CAN ano, hacer los cálculos del algorimo de parpadeo (regulador rápido) lo más próximos posible a la operación de conmuación, es decir, con valores medidos lo más arde posible. La figura 9 muesra cómo se hacen las mediciones de proceso lo más próximas posible a la operación de conmuación para reducir al mínimo el reardo dado por iempo de cálculo. / O rack CP Pen Pro C&P ( slow ) Sisema de regulación y de proección MACH2 para SVC Ligh CAN Conrolador de área de red CP nidad cenral de proceso CP/FP mpulsos de conrol / impulsos de disparo LAN Red de área local PC Barra de inerconexión de los componenes periféricos SP Panel de mando TDM Barra muliplex, por reparo de iempo LAN PS 820 SP 10 Sisema de regulación y proección MACH2 Para garanizar un procesamieno de daos rápido y exensivo, ABB Power Sysems ha desarrollado el sisema de regulación y proección MACH2. El sisema se basa en un hardware indusrial esándar de ordenador personal (con Windows NT) que ofrece un sisema abiero, fácilmene inegrable en los Esquema de las insalaciones Hagfors (izquierda) y dealle de una válvula VSC (derecha), dos de los gráficos disponibles en la esación de rabajo del operador 11 Revisa ABB 6/

8 132 kv PCC Diagrama monofilar de los hornos de Hagfors y configuración del SVC Ligh insalado kv 33 MVA 33 MVA EAF LF PCC Horno de arco elécrico Horno de cuba Puno de acoplamieno común sisemas disponibles en las acerías y al que se puede acceder desde el exerior por medio del sisema RAS (Remoe Access Services). EAF 31.5 / 37.8 MVA LF 6 / 7.7 MVA Exising 14 MVAr 1 ~ = +/22 MVAr 3rd 8 MVAr SVC Ligh La esraegia de basar el sisema de regulación y proección en inerfaces abieras garaniza que se podrán aprovechar los avances que puedan producirse en un secor an en evolución como es el de la elecrónica. Básicamene, el sisema esá compueso por res unidades: el ordenador cenral, la unidad de enrada/salida y la unidad de conrol de válvulas. La comunicación enre las unidades iene lugar por medio de buses indusriales esándar Servicio del SVC Ligh El servicio del sisema iene lugar desde la esación de rabajo del operador, que puede ser un ordenador personal esándar. La comunicación hombre-máquina se realiza con n- Touch para Windows NT, el paquee de conrol gráfico más uilizado en el mundo. El programa ntouch es sumamene flexible (incluso cuena con una versión ínegra en chino) y permie diseñar fácilmene una comunicación M + m + m + m 9 ~ ~ ~ 10 Diagrama del circuio principal del SVC Ligh de Hagfors 1 Alimenaciones 2 Barra colecora del horno de arco 3 Carga (horno) 4 nerrupor auomáico principal 5 Filro de armónicos 6 Conenedor del SVC Ligh 7 Condensadores 8 Barra de corriene coninua 9 Válvulas 10 Válvulas de inducancia 11 nerrupor de desviación 12 Resisencias de preconexión 13 m puno medio del lado de corriene coninua 28 Revisa ABB 6/1998

9 hombre-máquina ajusada a las necesidades del cliene 11. Las secuencias de arranque y de parada se inician en la esación del operador. En ellas se visualizan las corrienes y las ensiones de SVC Ligh, las lisas de aconecimienos y alarmas, y el esado de odos los equipos. ntouch uiliza el sisema de inercambio dinámico de daos DDE (Dinamic Daa Exchange) para recoger los daos del sisema de conrol y de proección. Eso permie reunir odos los daos en cualquier ordenador de la red local que esé configurado como servidor DDE. ntouch dispone ambién de una secuencia propia de grabación de aconecimienos que marca cronológicamene las variables DDE del modo que haya deerminado el usuario. Sisema SVC Ligh de Hagfors 14 Poene ordenador monoarjea Además del equipo esándar, ABB Power Sysems ha desarrollado un hardware especial para garanizar el alo rendimieno requerido. Se ha insalado el regulador rápido, juno con oras funciones, en un ordenador monoarjea (PS801) con un grupo de seis poenes procesadores de señales digiales DSP (Digial Signal Processor) de la empresa Analog Devices, que proporcionan en conjuno una capacidad de cálculo de más de 700 Mflops (million floaing poin operaions per second). Las acividades de esos DSP esán coordinadas por un procesador universal nel que se encuenra en la arjea; en ella se encuenra además la lógica para la generación de impulsos de conrol, que se realiza en un gran circuio FPGA (Field Programmable Gae Array). Los programas para los procesadores y DSP se almacenan en memorias PROM rápidas que se programan y se borran en la arjea. Por lo ano, los cambios de sofware se pueden realizar sin necesidad de exraer las placas. Además de las areas de supervisión asignadas a cada pare del sisema, la oalidad del hardware, sofware y comunicaciones esán conrolados de forma coninua por medio de una arjea de supervisión PS820. Esa combinación, arjea de supervisión reparida y supervisión cenral, garaniza la gran precisión necesaria para las aplicaciones de ala poencia. Simulación de la miigación de parpadeo con SVC Ligh en las insalaciones de Hagfors P s 1 nerfaz del proceso y de la válvula de conrol También se puede conecar una unidad E/S con enradas/salidas digiales y analógicas. La unidad procesa y oaliza los daos recogidos y a coninuación los envía al ordenador cenral por los buses de daos. Cada placa de enrada analógica dispone de un DSP con el que se pueden preprocesar algunos daos, ales como el paso de represenación de fase a represenación vecorial y el filrado, que permie reducir al mínimo la canidad de daos que van a ransmiir a los reguladores. P s nensidad del parpadeo Rojo Sin compensación Tiempo Azul Con SVC Ligh s Revisa ABB 6/

10 Tabla 1: Daos écnicos de la insalación SVC Ligh en Hagfors Tensión de las barras del horno 10.5 kv Poencia nominal del horno elécrico 31.5/37.8 MVA Poencia nominal del horno de cuba 6/7.7 MVA Rango dinámico de SVC Ligh (capaciivo) 044 MVAr Nivel de parpadeo buscado con SVC Ligh en funcionamieno P s,95 = 1 Facor de poencia en el puno de acoplamieno (compensado) > 0.95 EAF LF Horno de arco elécrico Horno de cuba Ligh. El VSC esá conecado direcamene, por medio de sus bobinas de inducancia de fase, a la barra de 10,5 kv. Eso es posible al conecar los GBT en serie para obener la ensión necesaria para los equipos. Para eviar que los condensadores de corriene coninua se carguen hasa un nivel inadmisible a ravés de los diodos aniparalelos del puene de res niveles, durane el encendido del SVC Ligh enran en funcionamieno resisencias limiadoras de la corriene de arranque, que son pueneadas más arde. La arjea PS801 genera impulsos de conrol para la válvula GBT. La unidad de mando de la válvula VC (Valve Conrol ni) conviere los impulsos en señales luminosas para ransmiirlas a las unidades de puera. Además de recibir de la VC las señales de mando de los GBT, las unidades de puera ambién envían informaciones de esado de diferenes posiciones de los GBT al sisema de conrol de las válvulas. La VC ambién se encarga de la proección rápida de la válvula. La comunicación enre los sisemas iene lugar con res buses diferenes: Bus PC (Peripheral Componen nerconnec), un bus principal paralelo esándar, de alo rendimieno, (versión de 32 bis) con capacidad para ransmiir 133 Mbye/s. Buses CAN (Conrol Area Nework, SO 11898), que raan las órdenes digiales, por ejemplo para los inerrupores, y las indicaciones. Buses TDM (Time Division Muliplexer), con canales en serie sincronizados, de ala velocidad, para la ransferencia de daos numéricos enre la unidad E/S y el ordenador cenral. ddeholm Tooling, un pionero En ddeholm Tooling de Hagfors, en el cenro de Suecia, el proceso mealúrgico se basa en la fundición de chaarra en un horno de arco elécrico con refinado poserior en un horno de cuba. El horno de arco esa calculado para 31,5 MVA y una capacidad de sobrecarga emporal del 20%, el horno de cuba para 6 MVA y 30% de sobrecarga. Ambos hornos esán alimenados por una red de 132 kv con una ensión inermedia de 10,5 kv 12. La red es relaivamene débil, con un nivel de fallo de unos MVA en el puno de acoplamieno común. Evidenemene, ese nivel es demasiado bajo como para permiir el funcionamieno simuláneo de dos hornos garanizando al mismo iempo una calidad acepable de la energía de la red. La gravedad del parpadeo previsible para esa dimensión de carga y ese nivel de fallo puede expresarse con la sencilla expresión siguiene, que da una idea cualiaiva de dicho parpadeo: P s 75 S SCEAF S SCN donde P s es la gravedad de parpadeo, S SCEAF la poencia de corocircuio del horno de arco y S SCN el nivel de fallo de la red en el puno de acoplamieno com n. Para obener el parpadeo más grave posible se oma en la fórmula el doble de la poencia nominal del horno elécrico, es decir 63 MVA, y el valor más bajo de S SCN. El resulado es P s = 4,5, que corresponde a un parpadeo grave, que exige omar medidas miigadoras efecivas. La insalación del SVC Ligh, 13, 14, iene una poencia reaciva nominal de 044 MVAr. Ese rango dinámico, variable de forma coninua, se obiene con un VSC de 22 MVA en paralelo con dos filros de armónicos, uno con poencia nominal de 14 MVAr y ya disponible en las insalaciones, y un segundo, de 8 MVAr, que forma pare del proyeco SVC Miigación eficiene del parpadeo Esando el SVC Ligh en funcionamieno, para el puno de acoplamieno común de 132 kv se busca un nivel de parpadeo residual, máximo, P s (95) = 1. Ese nivel es resulado de las simulaciones realizadas para las insalaciones acuales de Hagfors 15. n sisema de conrol de bucle abiero garaniza la disminución del parpadeo con un nivel ópimo de respuesa. Como complemeno se ha incluido una segunda función, más lena, para conrolar el facor de poencia. Esa función permie manener esable el facor de poencia de las insalaciones para un ajuse del mismo superior a 0,95. En la Tabla 1 se resumen los daos écnicos de la insalación SVC Ligh de Hagfors, que sólo requieren una superficie de 200 m 2. Las insalaciones enrarán en servicio a finales de Los auores Bo Bijlenga Rolf Grünbaum Thomas Johansson ABB Power Sysems AB S Väserås, Suecia Telefax: rolf.grunbaum@sepow.mail.abb.com 30 Revisa ABB 6/1998